Origami-inspirerede materialer kunne dæmpe slag for genanvendelige rumfartøjer

Rumkøretøjer som SpaceX's Falcon 9 er designet til at kunne genbruges. Men det betyder, at som olympiske gymnaster, der håber på en guldmedalje, de skal holde deres landinger.

Landing er belastende på en rakets ben, fordi de skal håndtere kraften fra stødet med landingspladen. En måde at bekæmpe dette på er at bygge ben af ​​materialer, der absorberer noget af kraften og blødgør slaget.

University of Washington forskere har udviklet en ny løsning til at reducere slagkræfter - til potentielle anvendelser i rumfartøjer, biler og videre. Inspireret af papirets foldningskunst af origami, teamet skabte en papirmodel af et metamateriale, der bruger "foldende folder" til at blødgøre slagkræfter og i stedet fremme kræfter, der slækker belastninger i kæden. Holdet offentliggjorde sine resultater den 24. maj i Videnskab fremskridt .

"Hvis du havde en fodboldhjelm lavet af dette materiale, og noget ramte hjelmen, du ville aldrig føle det ramt i hovedet. Når energien når dig, det skubber ikke længere. Det trækker, "sagde den tilsvarende forfatter Jinkyu Yang, en UW lektor i luftfart og astronautik.

Yang og hans team designet dette nye metamateriale til at have de egenskaber, de ønskede.

"Metamaterialer er som Legos. Du kan lave alle typer strukturer ved at gentage en enkelt type byggesten, eller enhedscelle, som vi kalder det, "sagde han." Afhængigt af hvordan du designer din enhedscelle, du kan skabe et materiale med unikke mekaniske egenskaber, der har hidtil uset karakter. "

Forskerne vendte sig til origami -kunsten for at skabe denne særlige enhedscelle.

"Origami er fantastisk til at realisere enhedscellen, "sagde medforfatter Yasuhiro Miyazawa, en UW aeronautics and astronautics ph.d. -studerende. "Ved at ændre, hvor vi introducerer folder i flade materialer, vi kan designe materialer, der udviser forskellige grader af stivhed, når de foldes og foldes ud. Her har vi skabt en enhedscelle, der blødgør den kraft, den føler, når nogen skubber på den, og det fremhæver den efterfølgende spænding, når cellen vender tilbage til sin normale form. "

Ligesom origami, disse enhedscelleprototyper er lavet af papir. Forskerne brugte en laserskærer til at skære stiplede linjer til papir for at angive, hvor de skulle foldes. Teamet foldede papiret langs linjerne for at danne en cylindrisk struktur, og derefter limet akrylhætter i hver ende for at forbinde cellerne til en lang kæde.

Forskerne stillede 20 celler op og forbandt den ene ende med en enhed, der skubbede og udløste en reaktion i hele kæden. Brug af seks GoPro -kameraer, holdet sporede den indledende kompressionsbølge og den følgende spændingsbølge, da enhedens celler vendte tilbage til det normale.

Kæden sammensat af origamicellerne viste den kontraintuitive bølgebevægelse:Selvom den kompressionsskubende kraft fra enheden startede hele reaktionen, den kraft kom aldrig til den anden ende af kæden. I stedet, det blev erstattet af spændingskraften, der startede, da de første enhedsceller vendte tilbage til det normale og forplantede sig hurtigere og hurtigere ned ad kæden. Så enhedens celler i slutningen af ​​kæden følte kun spændingskraften, der trak dem tilbage.

"Virkning er et problem, vi støder på dagligt, og vores system giver en helt ny tilgang til at reducere dens virkninger. For eksempel, vi vil gerne bruge det til at hjælpe både mennesker og biler med at klare sig bedre i bilulykker, "Sagde Yang." Lige nu er det lavet af papir, men vi planlægger at gøre det ud af et kompositmateriale. Ideelt set, vi kunne optimere materialet til hver specifik applikation. "